Engenharia e Diagnóstico

Redutores: Função, falhas e como otimizar

Neste artigo, você confere as seguintes informações a respeito de redutores:

  • Sobre o equipamento
  • Principais falhas detectadas
    • Falhas das engrenagens
    • Falhas nos mancais
  • Onde instalar o Tebe NXG

Sobre o equipamento

O redutor é um equipamento que tem como principal função reduzir a rotação de um acionador (como motor elétrico, turbina a vapor etc) para um dispositivo acionado (como ventilador, rotores em geral).

Esquema técnico de um motor elétrico operando a 1800 rpm conectado a um redutor de velocidade com saída de 100 rpm.

O redutor também tem a característica importante de aumentar o torque em sua saída, o que é útil para rotores com alto momento de inércia – como é o caso de ventiladores, por exemplo. 

Esquema técnico de um motor elétrico operando a 1800 rpm conectado a um redutor de velocidade com saída de 100 rpm.

Os redutores são constituídos basicamente por:

  • Carcaça;
  • Engrenagens;
  • Eixos; e
  • Mancais (rolamento ou deslizamento).
Desenho técnico dos componentes internos de um redutor de velocidade, com rótulos indicando eixo, mancal, engrenagem e carcaça.

Por fim, entre os tipos de redutores mais conhecidos no mercado estão:

  • Planetários;
  • De rosca sem fim;
  • Com trem de engrenagens; e
  • Cônicos.
Ilustração técnica apresentando quatro modelos de redutores mecânicos: planetário, rosca sem fim, trem de engrenagens e cônico.

Principais falhas detectadas

Falhas das engrenagens

As falhas de engrenagens quase sempre se relacionam à frequência de engrenamento (com exceção de sistemas planetários), cujo cálculo se dá pelo valor de rotação do eixo multiplicado pelo número de dentes da engrenagem. Veja o exemplo:

Esquema do engrenamento entre um pinhão azul de 28 dentes rodando a 1800 rpm (30 Hz) e uma coroa verde de 70 dentes rodando a 720 rpm (12 Hz).

A partir disso, concluímos que as engrenagens representadas na ilustração possuem frequência de engrenamento igual a 840Hz (30×28 ou 12×70). Essa frequência poderá ser vista no espectro de velocidade ou aceleração.

A partir do momento em que há uma falha nas engrenagens, a tendência é de que a amplitude nessa frequência aumente. Além disso, surgem bandas laterais com distância relativa à rotação do eixo da engrenagem que apresenta falha.

Por exemplo, considerando que a coroa de 70 dentes esteja com desgaste excessivo em alguns pontos, o espectro vai destacar a frequência de 840Hz com bandas laterais de 12Hz, como mostra a imagem abaixo:

Gráfico de espectro de vibração em mm/s - rms mostrando pico principal de engrenamento em 840 Hz com bandas laterais em 828 Hz e 852 Hz.

Além disso, outra característica importante em falhas de engrenagens é a modulação de amplitude, que fica visível na forma de onda:

Gráfico de forma de onda no tempo mostrando a aceleração em g ao longo de 1,2 segundos para os eixos vertical, horizontal e axial.

Em resumo, as principais falhas de engrenamento diagnosticadas são:

  • Desgaste nos dentes
  • Folga excessiva
  • Desalinhamento
Falhas nos mancais
De rolamento

Os rolamentos são amplamente utilizados na indústria. Sua principal função, no redutor, é permitir que o eixo gire com o menor atrito possível. As falhas nesses componentes costumam aparecer devido a, principalmente:

  • Fadiga;
  • Problemas de lubrificação; e
  • Contaminação.
De deslizamento

A função primordial do mancal de deslizamento é permitir a rotação do eixo em uma bucha. Portanto, as principais falhas que esse elemento mecânico apresenta são:

  • Folga inadequada entre eixo e bucha;
  • Whril Oil (rodopio de óleo); e
  • Lubrificação deficiente.

Em resumo, as folgas podem ser notadas pela presença de múltiplos harmônicos no espectro de velocidade.

O rodopio de óleo (ou Oil Whril), que é quando a trajetória que o eixo faz no interior do mancal é inadequada, pode ser observado pela presença de uma amplitude em 0,48xRPM no espectro de velocidade. 

Já a lubrificação deficiente gera sub-harmônicos (1/2x, 1/3x, 1/4x, etc) e/ou inter-harmônicos (3/2x, 5/2x, 7/2x, etc).

Onde instalar o Tebe NXG

Como as principais falhas em redutores se apresentam nas engrenagens e nos mancais, o ideal é que o Tebe NXG seja instalado o mais próximo possível desses componentes, a fim de medir com precisão a condição do equipamento.

Existem 3 fatores importantes para considerar ao definir a quantidade de sensores que serão instalados em um redutor. São eles:

  • Número de engrenagens e rolamentos;
  • Local de instalação disponível; e
  • Verba disponível.

 

Por exemplo, vamos considerar um redutor de rosca sem fim de pequeno porte, com apenas 1 par engrenado e 4 rolamentos. Em um cenário ideal, seria instalado 1 sensor próximo de cada rolamento, totalizando 4 sensores. Entretanto, analisando a máquina ilustrada abaixo, podemos notar que é fisicamente impossível instalar 4 sensores pois não há espaço suficiente para a fixação adequada dos aparelhos. Visto que se trata de um equipamento de pequeno porte, com componentes próximos, 1 ou 2 sensores já dão conta de capturar todas as falhas que possam ocorrer tanto nas engrenagens quanto nos rolamentos.

Desenho técnico de um redutor do tipo rosca sem fim com um ícone de verificação verde indicando o local correto de instalação do sensor na carcaça.

Vamos, agora, considerar um redutor com 3 pares engrenados e 8 rolamentos. Nesse caso, seria indicado instalar 6 sensores (3 de cada lado), como mostra a figura abaixo:

Ilustração de um redutor com trem de engrenagens exibindo três ícones verdes de verificação sobre cada um dos estágios de redução.

Portanto, podemos concluir que o número e o local de instalação dos sensores variam bastante, pois dependem muito das condições particulares de cada ativo e de cada planta. Se você quer monitorar seus redutores com sensores Tebe NXG mas tem dúvidas sobre como proceder, faça uma consultoria gratuita com a nossa equipe.